[发明专利]一种硫系易切削钢连铸坯枝晶间距的测定方法

说明书

一种硫系易切削钢连铸坯枝晶间距的测定方法，属于金属材料检测技术领域。具体步骤及参数为：首先将试样清洗研磨、抛光后放入电镜分析；之后进行非金属夹杂物的自动统计分析：调整探针电流使得电子束下易切削钢试样的死时间达到20～30％等设置；经过闭运算图像处理后得到所有视场拼接的夹杂物分布图，依据其元素及含量信息进行筛选，将S含量≥0.1％且Mn含量≥0.1％的判定为硫化锰夹杂；得到硫化锰夹杂分布图；最后测量数量≥10个位置取平均值，获得二次枝晶间距的最终测量值。优点在于，本测定方法简便，测得的枝晶间距值准确，分析扫描区域可连续拼接，测量面积达100mm²以上。

技术领域

本发明属于金属材料检测技术领域，特别是涉及一种硫系易切削钢连铸坯枝晶间距的测定方法。

背景技术

硫系易切削钢是以硫作为主要易切削元素，通常硫含量控制在0.20％～0.40％之间，最高达到0.60％，其钢中硫含量一般高出普通钢数倍，在普通钢中硫元素一般都被当做杂质元素去除，而在易切削钢中，其较高的硫元素可与钢中的锰元素结合形成硫化锰MnS夹杂，硫化锰作为有利夹杂物在钢液凝固过程中通过偏析的形式析出且呈枝晶状存在，能割断基体的连续性而使车削易断屑，并且硫化锰具有润滑作用，可以使加工更顺行，同时降低了刀具的磨损，提高刀具的使用寿命。

在硫系易切削钢的钢水凝固过程中，以树枝晶的形式生长是一种主要方式，按凝固时晶体生长的先后顺序分为一次枝晶、二次枝晶等。沿传热方向首先生长的树枝晶的主干称之为一次枝晶，在一次枝晶主干上，垂直主于生长方向生长的次一级枝晶之间的距离称为二次枝晶间距。枝晶间距是一个重要的参数，二次枝晶间距的大小不仅与组织中显微偏析、夹杂物的形成、微裂纹与疏松的产生等都有密切的关系，而且可用于间接测定连铸坯凝固过程中的冷却速率，解决连铸坯凝固过程中铸坯内部不同位置的冷却速率在实际生产中难以测定的问题。

目前连铸坯枝晶间距的测定方法主要是低倍法和电子探针法，低倍法见YB/T4455-2015《连铸钢坯凝固组织枝晶间距的测定方法》，即选择合适的腐蚀液对抛光后的试样进行浸蚀，使之显示出连铸坯凝固组织的枝晶形态，然后利用金相图像分析软件来测定枝晶间距。电子探针法是利用电子探针对连铸坯中典型的枝晶偏析元素，如Mn元素，进行面分析，获得枝晶偏析元素的面分布图，然后对面分布图上勾勒的一次或二次枝晶进行枝晶间距测量。低倍法和电子探针法各有其优缺点，低倍法所检测的枝晶区域较大，枝晶间距测量直观、准确，但是在连铸坯枝晶组织的显示方面有一定难度，对于不同的钢种需要摸索合适的腐蚀液配比、腐蚀时间及腐蚀温度等具体参数，因此实验过程复杂，耗时费力；电子探针法直接采用铸坯抛光试样，不需要进行复杂的枝晶组织显示试验，测量值准确可靠，但是其分析区域相对有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硫系易切削钢连铸坯枝晶间距的测定方法，解决了现有测定方法其分析区域相对有限，实验过程复杂、耗时费力等问题。

一种硫系易切削钢连铸坯枝晶间距的测定方法，具体步骤及参数如下：

1、试样准备：首先切取连铸坯试样，试样尺寸为：长度10～50mm，宽度10～50mm，厚度5～30mm，然后将该试样清洗干净并进行研磨、抛光，随后放入扫描电镜样品室进行分析检测，设置背散射电子分析和能谱分析的工作距离为9～11mm；

2、钢中非金属夹杂物的自动统计分析：打开夹杂物自动分析软件，设置分析参数，进行夹杂物的自动统计分析。主要分析参数为：加速电压15～20kV；调整探针电流使得电子束下易切削钢试样的死时间达到20～30％；放大倍数100～500倍；选择背散射电子图像模式；能谱采集时间1～5s，；夹杂物灰度阈值设置时，依据背散射电子模式下图像的衬度差异来区分夹杂物与基体，使取值线段穿过衬度较暗的硫化锰夹杂和衬度较亮的钢铁基体，以硫化锰夹杂的衬度为灰度阈值下限、钢铁基体的衬度为灰度阈值上限，调整硫化锰夹杂灰度为10000±2000，基体灰度为25000±2000，然后经过闭运算图像处理，将夹杂物颗粒内部的孔洞填充，并连接临近像素使有断点的两个颗粒被统计为一个夹杂物颗粒，这样夹杂物被准确地识别分析；